CN104718460A - 电极测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备，所述设备通过以下方法来推断电极的电阻率：用电容耦合的信号来激励电极并用产生信号的电路来处理合成信号，其中所产生的信号具有振幅，所述振幅是所述电极的所述电阻率的函数。

Description

电极测试设备

技术领域

本发明整体涉及用于例如在制造环境中测试触摸面板特别是矩阵型透明互电容式触摸面板的装置。

背景技术

触敏装置通过减少或消除对机械按钮、小键盘、键盘和指向装置的需求而允许用户便利地与电子系统和显示器进行交互。例如，用户只需要在由图标所识别的位置处触摸即显触摸屏，即可执行一系列复杂的指令。触敏装置具有两种主要组件：触摸面板，其通常是用户与之接触的部分；和控制器，其耦合到触摸面板，以译解在其上进行的触摸。触摸面板通常包含彼此正交地布置并由电介质分离的透明电极的上部阵列和下部阵列。当电极中的任何一个上的电阻率超过了控制器可以适应的电阻率时，触摸面板可能发生故障。

发明内容

本发明公开了用于通过将信号经由电容耦合引入电极的激励点并且在该电极上的测量点处测量合成信号来推断电极的电阻的电路和装置。测量电路设有虚拟接地放大器电路，这种放大器电路被构造用于产生具有某些特征的信号，这种特征是在激励点与测量点之间的电极的电阻的线性函数。电子器件测量该特征，通常为振幅，并可以从其推断电极的电阻。

附图说明

图1是触摸装置的示意图；

图2是用于触摸装置中的触摸面板的一部分的示意性侧视图；

图3是电极测试设备的电路图；并且

图4是施加到电极的激励信号和在图3的电路中的各个点处的对应信号的图。

在这些附图中，类似的参考标号指示类似的元件。

具体实施方式

现代投射电容式透明触摸屏的构造细节以及通常用于覆盖电子显示屏并提供给用户基于触摸的交互性的类型使得在面板构造制造工艺的某些步骤之后难以评估和测试触摸面板组件。例如，投射电容式触摸屏叠堆通常可以包括彼此正交取向并且由电介质分离的上部电极阵列和下部电极阵列。通常通过涉及分离材料层的层合工艺来构造叠堆之后，上部阵列或下部阵列的电极中的仅一端可用于物理电连接。这限制了可以施加到触摸屏叠堆的测试的类型，这是不幸的，因为在此类电极中使用的材料类型可以以无数方式发生故障，并且其中的一些故障模式直到该面板与控制器耦合(在制造工艺中通常是晚的)才可检测到。

传统触摸面板测试的方法然后将涉及将面板的各个阵列耦合到测试系统，并且对于在激励电极与接收电极之间存在的某些基本故障情况进行测试(在它们彼此交叉的点(也称为节点)处施加到激励电极的信号电容耦合到接收电极)。此类现有的测试方法产生相当基本的数据，例如不管是电极具有间断性(“开路”)还是错误地与面板的另一个组件连接(“短路”)。如果检测到开路条件，则进一步的测试可给出间断性存在何处的指示，其可用于改善制造工艺。如果检测到短路条件，则所施加的信号将在激励电极(如果存在到此的访问)的另一端上或在接收电极上显著地衰减，或者所施加的信号可在多个接收电极上出现(如果短路条件存在于驱动电极与另一阵列的接收电极之一之间)。在激励电极上的短路可一定程度地更难以检测，但是激励电极可通过基本上轻击触摸面板并且激励先前与接收电极相关联的电极，并且在先前与被激励的相关联的电极上接收而作为接收电极。

诸如用于开路和短路的基本测试将不会显示出与面板中的电极相关联的某些条件(或电极结合到其中的引线，该引线然后将电子器件耦合到控制器)，这些条件可指示可能的后续故障或指示制造缺陷。此类条件可包括不寻常的电阻率值。例如，在包括细小微导线图案的面板中(例如，参见美国专利No.8,179,381“触摸屏传感器”)，各个电极可包括非常细小的特征结构。这些特征结构的故障模式可以为使得它们通过基本的开路/短路测试体系，但当查询特定的电极的电阻率值或电极部分时可存在异常。然而，这可回到前面提到的问题，其涉及当电极仅具有对此电极的一侧的物理连接触及时测量电极的电阻率的难度。

此公开呈现了一种推断具有到电极的一个点的物理电连接以及到另一个点的电容耦合连接的电极的电阻率的新型设备和方法。根据此类设备和方法，可以推断电容式触摸屏的电极的相对的或量化的电阻率值。这些值可以用于在故障前状态中识别具有电极的面板，其将通过传统的开路/短路型质量控制测试。另外，这些值可用于识别应解决的制造缺陷。虽然在测试触敏装置(该装置包括面板连同控制器电气系统两者)的面板组件的情况下呈现该设备和方法，但是存在将其自身呈现给本领域技术人员的其他非触摸应用，其中可需要电阻率值，但是其中物理地电耦合到待测电极的两端是不实际或不可行的。此类应用可包括：测量和量化串扰场耦合；测试其他类型的基于电容的传感器，诸如膜型电容式开关或触摸传感器；或测试任何应用中的电极，其中只存在到要测试的电极的一个部分的物理电耦合，并且只存在对另一个点的电容耦合触及。物理电耦合意味着通过物理连接而非通过电容耦合的电耦合。

在图1中，示出了示例性触摸装置110。该装置110包括连接至电子电路的触摸面板112，为了简便起见，将电子电路一起集合成标记为114且统称为控制器的单个示意框。

虽然触摸面板112示出为具有包含列电极116a-e的下部阵列和行电极118a-e的上部阵列的5×5矩阵，但是也可以使用其他数量的电极和其他矩阵尺寸。面板112通常是大致透明的，使得用户能够透过面板112来观察对象，诸如计算机、手持装置、移动电话或其他外围设备的像素化显示器。边界120表示面板112的观察区域且另外优选地表示此显示器(如果使用)的观察区域。从平面图的角度来看，电极116a-e、118a-e在观察区域120上为空间分布。为了便于例证，这些电极被示出为较宽且显眼，但在实施过程中电极可较窄且用户不易察觉。此外，这些电极可设计为在矩阵的节点附近具有可变的宽度，如以菱形垫或其他形状的垫形式增加的宽度，以便增大电极之间的边缘场，从而增强触摸对于电极间电容式耦合的效应。在示例性实施例中，电极可以由氧化铟锡(ITO)、细小微导线的网状物或其他合适的导电材料构成。从深度的角度来看，列电极可位于与行电极不同的平面内(从图1的角度，列电极116a-e位于行电极118a-e的下面)，使得在列电极与行电极之间不进行显著的欧姆接触，并且使得在给定列电极与给定行电极之间的唯一显著的电耦合为电容耦合。在其他实施例中，行电极和离散的列电极组件可布置在相同的基底上，在相同的层中，然后跨接跳线电极被构造用于连接离散的列电极组件(通过电介质而与列电极间隔开)，从而使用基本上单层结构而形成x电极和y电极。电极矩阵通常位于盖玻璃、塑料薄膜等的下面，使得电极受到保护而不与用户的手指或其他触摸相关工具发生直接物理接触。此类盖玻璃、薄膜等的暴露表面可被称为触摸表面。另外，在显示型应用中，背部屏蔽件可设置在显示器与触摸面板112之间。此背部屏蔽件通常由玻璃或薄膜上的导电ITO涂层组成，并且可接地或由波形来驱动，该波形降低从外部电干扰源到触摸面板112中的信号耦合。其他背部屏蔽方法在本领域中是已知的。通常，背部屏蔽件减少由触摸面板112感测的噪声，这在一些实施例中可提供改善的触摸灵敏度(如，能够感测较轻的触摸)和更快的响应时间。当来自(例如)LCD显示器的噪声强度随距离而快速降低时，有时结合其他噪声降低方法(包括使触摸面板112与显示器隔开)来使用背部屏蔽件。除这些技术之外，以下还参考各种实施例来讨论处理噪声问题的其他方法。

在给定的行电极与列电极之间的电容耦合主要取决于电极彼此最靠近的区域中的电极的几何形状。此类区域对应于电极矩阵的“节点”，图1中标记了其中的一些节点。例如，在列电极116a与行电极118d之间的电容耦合主要发生在节点122处，而在列电极116b与行电极118e之间的电容耦合主要发生在节点124处。图1的5×5矩阵具有25个此类节点，这些节点中的任一者可通过以下方法由控制器114来寻址：经由适当选择将各个列电极116a-e单独地耦合到该控制器的控制线126中的一者，并且适当选择将各个行电极118a-e单独地耦合到该控制器的控制线128中的一者。

当用户的手指130或其他触摸工具接触或几乎接触装置110的触摸表面时，如在触摸位置131处所示，该手指电容耦合到电极矩阵。该手指电容耦合到矩阵，并且使电荷远离矩阵，尤其是远离最靠近触摸位置的那些电极，并且这样的话，它改变了对应于最接近节点的电极之间的耦合电容。例如，在触摸位置131处的触摸最靠近对应于电极116c/118b的节点。如以下进一步所述，耦合电容的这种变化可由控制器114检测且被解释为在116a/118b节点处或附近的触摸。优选地，控制器被构造用于快速检测矩阵所有节点的电容变化(如果有的话)，并且能够分析相邻节点的电容变化大小，从而通过内插法准确确定节点之间的触摸位置。此外，控制器114有利地被设计为检测同时或以重叠时间施加至触摸装置的不同部分的多次不同触摸。因此，例如，如果在手指130触摸的同时，另一个手指132在触摸位置133处触摸装置110的触摸表面，或者如果各次触摸至少在时间上重叠，则控制器优选地能够检测这两次触摸的位置131、133，并且在触摸输出114a上提供此类位置。控制器114优选地采用多种电路模块和组件，这些模块和组件允许控制器在电极矩阵中的一些节点或全部节点处迅速确定耦合电容，并从其中确定对触摸面板的表面接触的发生率。

现转到图2，我们从中可看到用于触摸装置中的触摸面板210的一部分的示意性侧视图。该面板210包括前部层212、包括第一组电极的第一电极层214、绝缘层216、包括优选地正交于第一组电极的第二组电极218a-e的第二电极层218以及后部层220。层212的暴露表面212a或层220的暴露表面220a可为或包括触摸面板210的触摸表面。

图3是电极测试系统300的示意图。其示出触摸面板303的代表性节点，该部分包括驱动电极301和接收电极302，其中电容耦合Ccoup在它们之间。驱动电极301物理地电耦合到提供激励信号的信号发生器(在图3中未示出)。激励信号电容耦合到接收电极302，以提供Vtrace信号到放大器电路310。放大器电路310可从德克萨斯仪器公司(Texas Instruments)商购获得(产品号OPA4134：超低失真，低噪声。

通常，另外的电阻器(有时称为输入电阻器)将在虚拟接地节点314之前(即，另外的电阻器将定位在紧邻虚拟接地节点314的左侧)。除了其他方面，此类输入电阻器的功能是将放大器310与电极隔离。然而已经发现，通过移除该输入电阻器、或者使其显著地小，所测量的迹线Rtrace320的电阻可以直接馈送到虚拟接地节点311中。如本文中使用的此类术语，显著地小是指足够小，以使来自虚拟接地放大器的合成信号具有为电极的电阻的函数的特征。合成信号是耦合驱动或激励、信号和电极电阻的组合。理想地，放大器电路310正常化以将提供到放大器电路310的无论什么信号接地。然而，在现实条件下，虚拟接地电路并不理想，并且存在由放大器电路310产生的小的但是重要的脉冲信号Vimpluse。该信号是放大器电路310试图将提供给其的信号接地的结果；或换句话讲，放大器310将信号Vtrace带至地电位，其导致耦合到Rtrace的少的能量被迫为零。这将初始耦合能量转换成脉冲事件。由于迹线(Rtradce320)的电阻率连同反馈电阻Rf319耦合到虚拟接地节点，因而合成的波形Vimpulse的峰值是该迹线的电阻的线性函数。因此，合成脉冲的峰值将随着电极的电阻的线性函数而变化。可以预期，将信号Vtrace短接至地的步骤将导致带有此类低能量元素的信号，将其短接至地的步骤将不会留下任何可测量的或可用的信号元素。然而已经发现，在合成脉冲信号Vimpulse中存在足够的能量，以便可以提取带有显著元素的稳定信号。需注意，Rtrace320具有指向Rx电极302的电容耦合激励点(左虚线)和Rx电极302的右端的虚线，其中电极测试系统300将直接或经由引线或其他电路物理地电耦合到RX电极302。正是在这两个点之间的电极的电阻率被电极测试系统量化。如本文中使用的此类术语，物理地电耦合是指组件的物理耦合(与仅电容式相对)。例如，导体将电路的组件物理地彼此耦合。

由于脉冲信号Vimpulse的低信号电平，二级增益级放大被施加到该信号。放大器电路320因此用于另外的条件并且放大由放大器电路310产生的脉冲信号Vimpulse，以产生信号Vproc，其然后由模数转换器(ADC)312数字化。放大器电路310是低通滤波器，其中CPf用于限制生成的信号的频率元素，从而有效地过滤掉高频噪声。不同的传感器类型将产生不同的峰值电压电平。电阻器317和电阻器318被选择以将合成信号Vproc缩放到ADC312的全动态范围中，从而增加合成信号的信噪比。一旦由ADC312数字化，该信号就被进一步处理，此类进一步处理的一个方式包括合成信号的峰值检测。迹线的相对电阻测量可以通过将其与所检测的峰值的相对尺寸相互联系而进行推断。如果期望实际电阻测量(与相对测量相对)，则可以使用将所测量的信号峰值与给定迹线/触摸面板设计的电阻相关联的校正公式或查找表。一般来讲，假设在上部电极阵列和下部电极阵列的电容耦合电极之间存在均匀的间距。

图4示出在沿用于评估触摸面板303上的电极的测试系统300的各个位置处出现的代表性波形。具体地讲，驱动波形450a(STIM)在图3的位置1处示出。该驱动波形是具有符合通常在3.3-5伏的范围内的晶体管-晶体管逻辑(TTL)电平输出的峰值的方波。在图3的位置2处出现的所接收的波形450b(VTRACE)是弱信号，大约为2毫伏。在位置2处出现的噪声电平将通常超过此信号电平，但是此类噪声具有较高的频率元素并且由低通滤波器过滤掉。在图3的测量位置3处出现的脉冲波形450c为大约200毫伏。在放大/过滤级(放大器320)之后，合成的PROC波形450d示出为在测量点4处出现。其为由ADC312数字化的PROC波形，然后峰值被检测。峰值检测波形然后可原态用于相对测量，或使用公式和/或查找表被转换为欧姆。

测试系统300可以结合到触摸面板测试设备中。此类设备可用于测试基于互电容的触摸面板中电极的异常电阻率。此类测试通常只有在对电极的两端物理电触及的情况下是可以的，并且现代触摸面板可以提供对触摸面板电极的仅一端的此类物理电触及。即，对于包括最现代的互电容触摸面板的电极的两个阵列之一(通常为由电介质隔开的上部阵列和下部阵列)，引线通常电耦合到两个阵列，并且经常电耦合到两个阵列的仅一端——即，仅存在物理电耦合到电极的引线侧的可能性；另一侧是内埋的。然而，一些触摸面板在上部阵列或下部阵列(或有时上部阵列和下部阵列两者)的电极的两端上确实具有引线。在具有对电极的两侧的物理电触及的此类面板中，上述测量系统仍可以优选地用于测量电阻率。这是因为通过连接至电极的两侧，使用标准电阻测量技术仅可提供待测的电极的总电阻测量。如本文所述，通过电容耦合事件产生的推断的测量允许在电极中的任何点处、但尤其是在节点处测量电阻。在沿电极的任何点处测量的此类能力可以是重要的，因为电极可以表现出校正的总电阻，但是显示差的电阻分布，这将导致触摸面板功能不良。

以下为本公开各项的列表：

项1是用于推断在激励点与测量点之间的电极的电阻率的设备，其中驱动信号在该激励点处通过电容耦合被引入电极中，并且该测量点被物理地电耦合到包括放大器电路的测量电路，该放大器电路被构造用于产生合成信号，该信号是电极的电阻率的函数。

项2是根据项1所述的设备，其中放大电器路包括虚拟接地放大器，该虚拟接地放大器具有虚拟接地节点，并且其中所测量的迹线直接物理地电耦合到虚拟接地节点。

项3是根据项2所述的设备，其中直接物理地电耦合包括在电极的测量点与虚拟接地节点之间不存在电阻器的情况。

项4是根据项2所述的设备，其中直接物理地电耦合包括显著小的电阻器介于电极的测量点与虚拟接地节点之间。

项5是根据项2所述的设备，其中合成的信号的振幅是电极的电阻率的函数。

项6是根据项5所述的设备，其中合成的信号的振幅是电极的电阻率的线性函数。

项7是根据项2所述的设备，还包括模数转换器，该模数转换器被耦合到放大器电路，以处理合成信号。

项8是根据项2所述的设备，还包括峰值检测器，该峰值检测器用于检测合成的信号的峰值电压。

项9是根据项7所述的设备，还包括低通放大器电路，该低通放大器电路介于模数转换器与放大器电路之间。

项10是触摸面板测试装置，其确定具有电极的第一阵列和第二阵列的互电容触摸面板中的电极中的至少一些的电阻率，电极的第一阵列和第二阵列由电介质分离，并且被构造成使得施加到任一阵列的电极的电信号电容耦合到另一阵列的电极，所述装置包括：

驱动信号发生器，其电耦合到第一阵列电极；

测量电路，其被物理地电耦合到第二阵列的至少一个电极，该测量电路包括：

虚拟接地放大器，该虚拟接地放大器具有虚拟接地节点，其中虚拟接地节点物理地电耦合到至少一个电极。

项11是根据项8所述的触摸面板测试装置，其中物理地电耦合包括在至少一个电极与虚拟接地节点之间不存在电阻器的情况。

项12是根据权利要求8所述的触摸面板测试装置，其中直接物理地电耦合包括模拟电路，该模拟电路仅由在虚拟接地节点与至少一个电极之间的一个或多个显著小的电阻器组成。

Claims (10)

1.一种用于推断在激励点与测量点之间的电极的电阻率的设备，其中驱动信号在所述激励点处通过电容耦合被引入所述电极中，并且所述测量点被物理地电耦合到包括放大器电路的测量电路，所述放大器电路被构造用于产生合成信号，所述合成信号是所述电极的所述电阻率的函数。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述放大器电路包括虚拟接地放大器，所述虚拟接地放大器具有虚拟接地节点，并且其中所测量的迹线直接物理地电耦合到所述虚拟接地节点。

3.根据权利要求2所述的设备，其中直接物理地电耦合包括在所述电极的所述测量点与所述虚拟接地节点之间不存在电阻器的情况。

4.根据权利要求2所述的设备，其中直接物理地电耦合包括显著小的电阻器介于所述电极的所述测量点与所述虚拟接地节点之间。

5.根据权利要求2所述的设备，其中所述合成信号的振幅是所述电极的所述电阻率的函数。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述合成信号的振幅是所述电极的所述电阻率的线性函数。

7.根据权利要求2所述的设备，还包括峰值检测器，所述峰值检测器用于检测所述合成信号的峰值电压。

8.一种触摸面板测试装置，所述触摸面板测试装置确定具有电极的第一阵列和第二阵列的互电容触摸面板中的所述电极中的至少一些的电阻率，所述电极的所述第一阵列和所述第二阵列由电介质分离，并且被构造成使得施加到任一阵列的电极的电信号被电容耦合到另一阵列的电极，所述触摸面板测试装置包括：

驱动信号发生器，所述驱动信号发生器电耦合到所述第一阵列的电极；

测量电路，所述测量电路被物理地电耦合到所述第二阵列的至少一个电极，所述测量电路包括：

虚拟接地放大器，所述虚拟接地放大器具有虚拟接地节点，其中所述虚拟接地节点物理地电耦合到所述至少一个电极。

9.根据权利要求8所述的触摸面板测试装置，其中物理地电耦合包括在所述至少一个电极与所述虚拟接地节点之间不存在电阻器的情况。

10.根据权利要求8所述的触摸面板测试装置，其中直接物理地电耦合包括模拟电路，所述模拟电路仅由在所述虚拟接地节点与所述至少一个电极之间的一个或多个显著小的电阻器组成。